I ricercatori cinesi stanno esplorando l’uso di minerali chiamati zeoliti, sperando di sfruttare le “configurazioni desiderabili” tramite la stampa e la saldatura 3D, che è ulteriormente delineato in ” Fabbricazione di zeoliti strutturati meccanicamente robusti privi di leganti mediante stampa 3D accoppiata con saldatura Zeolite: una configurazione superiore per la cattura di CO 2 “.
La preoccupazione degli autori è che la stampa 3D non è semplicemente sufficiente, a causa di problemi con le proprietà meccaniche, insieme a problemi di assorbimento e problemi di cinetica della diffusione. Per questo studio, tentano di costruire robusti monoliti di zeolite per l’uso in applicazioni pratiche. Nel lavoro convenzionale, i cristalli di zeolite sono generalmente inclusi in strutture più piccole come i pellet, per la fabbricazione industriale. Una configurazione ottimizzata è in genere necessaria, tuttavia, a causa di potenziali problemi come il lento trasferimento di calore, perdite di carico sostanziali e altri ostacoli alla funzionalità. Le “strategie” tradizionali di solito comprendono la deposizione di polvere di zeolite su schiume, leghe o persino cordierite; oppure, utilizzando i supporti autonomi tramite freeze casting, templating, cristallizzazione e altri tipi di elaborazione.
Le zeoliti precedentemente stampate in 3D sono state limitate a causa della resistenza meccanica:
“Il compromesso tra resistenza meccanica, carico di massa di zeoliti attive e cinetica di diffusione rimane un ostacolo impegnativo per l’applicazione pratica delle zeoliti strutturate stampate in 3D. Pertanto, è altamente desiderabile sviluppare una facile strategia per fabbricare zeoliti strutturate gerarchicamente prive di leganti stampate in 3D con il merito di fondere robustezza meccanica, diffusione di massa rapida e carico di zeolite elevato per il pratico assorbimento dell’oscillazione di pressione / temperatura. “
Il team di ricerca ha creato uno studio di prova del concetto, sviluppando monoliti di zeolite NaX privi di leganti (ZM-BF) con le seguenti caratteristiche:
Solida integrità meccanica
Struttura gerarchica
Eccezionale capacità di adsorbimento di CO2
La stampa 3D e la tradizionale cristallizzazione idrotermale sono state fuse con successo nel creare zeoliti ad alte prestazioni in:
Separazione del gas
catalizzatori
sensoristica
Altre applicazioni avanzate
Per rafforzare il monolito di zeolite stampato in 3D, i ricercatori hanno utilizzato un inchiostro da stampa con il 14% in peso di HNT nello studio.
“L’aggiunta di una quantità appropriata di silice colloidale come fonte extra di silicio ha inibito la trasformazione degli HNT in zeolite A”, hanno affermato i ricercatori. “La miscela è stata agitata accuratamente per 2 ore, seguita da sonicazione per garantire omogeneità ed evitare bolle d’aria. Utilizzando gli inchiostri di stampa di cui sopra, è stato impiegato un ugello fissato su una stampante 3D per stampare la geometria prestabilita attraverso un percorso strato per strato. Lo ZM-P così preparato è stato quindi liofilizzato per prevenire il restringimento parziale e il collasso, seguito da calcinazione a 650 ° C per migliorare la stabilità meccanica e formare macropori abbondanti rimuovendo la matrice HPMC. “
Con l’introduzione dei nanotubi di halloysite, il team di ricerca è in grado di combinare “ponti HNT robusto-interfacciali” con i cristalli, trasformandoli con successo in una rete connessa di legami, consentendo loro di raggiungere ulteriormente l’obiettivo di rafforzare la stabilità meccanica.
“I test di innovazione dinamica dimostrano la superiorità di ZM-BF rispetto alle zeoliti NaX di riferimento commerciale per l’acquisizione selettiva di CO2 da gas di scarico, gas naturale e biogas. Per quanto ne sappiamo, questo monolite di zeolite senza leganti stampato in 3D è il primo caso di zeoliti strutturate che supera completamente il compromesso tra resistenza meccanica, cinetica di diffusione e capacità di adsorbimento “, hanno concluso i ricercatori.
“Riteniamo che la strategia di” stampa 3D e saldatura con zeolite “del presente studio possa offrire un percorso versatile per progettare e fabbricare altre zeoliti strutturate gerarchicamente prive di leganti, che potrebbero aprire applicazioni più avanzate delle zeoliti stampate in 3D non solo nell’adsorbimento ma anche in altre aree come la catalisi e il sensoring “.
Gli utenti della stampa 3D in tutto il mondo continuano a combattere le sfide della riduzione delle proprietà meccaniche tra l’innovazione e molti incontrano il successo in una varietà di progetti diversi, dall’esame della porosità allo studio della biocompatibilità , fino all’utilizzo di tecniche diverse come il trattamento termico . Cosa ne pensi di questa notizia? Fateci sapere i vostri pensieri! Partecipa alla discussione su questo e altri argomenti sulla stampa 3D su 3DPrintBoard.com .
a, b) Fotografie digitali di ZM-BF con geometrie personalizzabili e robusta stabilità meccanica. c) Fotografie digitali di ZM-P, ZM-WB e ZM-BF. d) Immagini SEM a basso ingrandimento di una ZM-BF rappresentativa: vista dall’alto, vista laterale e vista in sezione. e – h) Immagini SEM ad alto ingrandimento e immagini TEM della sezione trasversale di ZM-WB (e, g) e ZM-BF (f, h). i) Lo schema della procedura di saldatura della zeolite. Diagramma schematico della procedura di fabbricazione dei monoliti di zeolite senza leganti meccanicamente robusti stampati in 3D: I) un inchiostro da stampa omogeneo con viscosità ottimale è stato ottenuto miscelando “parte 1” e “parte 2” tra cui polveri NaX, HNT, HPMC, silice colloidale, e acqua deionizzata. II) Le zeoliti contenenti inchiostri estrusi attraverso un ugello in un sistema di stampa 3D hanno seguito il movimento ben progettato controllato da un computer, risultando in ZM-P. III) Trattamento di calcinazione ad alta temperatura per ottenere ZM-WB. IV) Cristallizzazione idrotermale per produrre ZM-BF. 
Caratterizzazioni fisiche e microstrutturali di monoliti di zeolite stampati in 3D. a) Pattern PXRD di polvere di zeolite NaX, ZM-WB e ZM-BF. Nota: i picchi contrassegnati con punto nero sono i picchi di diffrazione caratteristici della zeolite NaA. b) N2 isoterme di adsorbimento-desorbimento della polvere di NaX, ZM-WB e ZM-BF. c) Le curve PSD della polvere NaX, ZM-WB e ZM-BF derivate dal metodo DFT. d) curve PSD di ZM-WB e ZM-BF determinate dalla porosimetria da intrusione di mercurio. e, f) Curve di sollecitazione-deformazione rappresentative (e) e resistenza a compressione (f) di monoliti di zeolite stampati in 3D fabbricati con vari additivi per inchiostro da stampa.